(57)【要約】【課題】  サセプタの面内温度の均一性を確保し破損を防止するとともに、ウエハ温度の低下や金属汚染を生じさせない基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】  成膜装置１００は、ウエハＷに対して処理を行なう処理容器１と、処理容器１内でウエハを載置するサセプタ２と、サセプタ２を加熱するヒーター５と、ウエハ載置面に突没可能に設けられ、ウエハＷをウエハ載置面に当接した載置状態とウエハ載置面から離間した離間状態に変位させるウエハ支持ピン３９と、ウエハ載置面に当接した状態と離間した状態とに変位可能に設けられ、当接した状態では、ウエハ載置面におけるウエハ載置領域の周囲を覆うカバーリング４と、を備えている。プリコートの際には、ダミーウエハＷｄの表面とカバーリング４の表面にプリコート膜５０が形成されるため、ウエハ載置面にプリコート膜５０は堆積せず、輻射率が均一化されサセプタ２の破損が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対して処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置する基板載置台と、
前記基板載置台を加熱する加熱手段と、
被処理基板を、前記基板載置面に当接した載置状態と前記基板載置面から離間した離間状態に変位させる基板支持体と、
前記基板載置面に当接した状態と離間した状態とに変位可能に設けられており、当接した状態では、前記基板載置面における被処理基板載置領域の周囲を覆うカバー部材と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置。
【請求項２】
前記カバー部材は、被処理基板が前記基板載置面に当接した載置状態では、前記基板載置台に当接しており、被処理基板が前記基板載置台から離間した離間状態では、前記基板載置台から離間することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記カバー部材は、共通の変位機構によって、被処理基板と連動して変位することを特徴とする、請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記カバー部材は、被処理基板に対応する大きさの開口部を有するリング状の部材であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記カバー部材の外径寸法は、前記基板載置台の外径寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置し、加熱手段により加熱する基板載置台であって、
被処理基板を、前記基板載置面に当接した載置状態と前記基板載置面から離間した離間状態に変位させる基板支持体と、
前記基板載置面に当接した状態と離間した状態とに変位可能に設けられており、当接した状態では、前記基板載置面における被処理基板載置領域の周囲を覆うカバー部材と、
を備えたことを特徴とする、基板載置台。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載された基板処理装置を用いて被処理基板を処理することを特徴とする、基板処理方法。
【請求項８】
前記基板載置台にダミー基板を載置した状態でプリコート処理を行なった後、前記ダミー基板に換えて被処理基板を載置して処理を行なうことを特徴とする、請求項７に記載の基板処理方法。
【請求項９】
被処理基板に対する処理が、成膜処理であることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、基板載置台および基板処理方法に関し、詳細には、半導体ウエハ等の被処理基板に対し、成膜などの処理を行なう基板処理装置、基板載置台および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記すことがある）に対してＣＶＤ等の方法によって成膜を行なう成膜装置では、ウエハを載置する基板載置台としてのサセプタに加熱手段が備えられており、このサセプタを加熱することによって間接的にウエハを加熱しながら、種々の成膜反応を進行させる。
【０００３】
サセプタには、熱伝導性に優れたＡｌＮなどのセラミック系材料が用いられることから、その構成金属元素によるウエハへの汚染を回避するため、成膜処理の前に、サセプタに予めプリコート膜を形成することが行なわれている。このプリコート処理に関しては、例えば、成膜とパターンエッチングを繰り返す半導体集積回路の製造過程で、バリヤメタルとしてのＴｉＮ膜を形成する前にＴｉＮ膜よりなるプリコート層を堆積させ、さらに所定時間加熱を継続しつつ、アンモニアを作用させてプリコート膜を安定化させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１４４０３３号公報（図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プリコート膜の成膜には、大別して２通りの方法がある。その一つは、サセプタにウエハを載置しない状態でプリコートを行なう方法であり、前記特許文献１もこの方法でプリコート膜を形成している。この場合、サセプタのウエハ載置領域を含む全表面にプリコート膜が形成されることになる。このため、サセプタからの熱輻射率が低下し、サセプタの加熱設定温度と比較してウエハ温度が十分に上昇しないことが懸念される。また、ウエハの載置領域にもプリコート膜が形成されるため、ウエハ裏面がプリコート膜と接触することになり、プリコート膜の種類によっては、その構成金属元素がウエハに付着し、ウエハ自体、または搬送経路などの金属汚染を引き起こす原因となる可能性がある。
【０００５】
他の方法は、サセプタにダミーウエハを載置した状態でプリコート膜の形成を行なう方法である。この方法については、図３を参照しながら述べる。図３（ａ）は、ウエハＷの処理に先立って、サセプタ２０１にダミーウエハＷｄを載置した状態で、窒化チタンや酸化ルテニウムなどによるプリコート処理を行なった状態を示している。プリコート処理により、サセプタ２０１の表面およびダミーウエハＷｄの露出面にはプリコート膜５０が形成されるが、ダミーウエハＷｄが載置されているウエハ載置領域２０１ａには、プリコート膜５０は形成されない。プリコート処理後のサセプタ２０１からの熱輻射率は、ダミーウエハＷｄを載置した状態では、図３（ａ）に矢印で示すように均一である。
【０００６】
次に、サセプタ２０１に、ダミーウエハＷｄの代わりにウエハＷを載置して、窒化チタン膜などの成膜処理を行なう。成膜処理は、ウエハＷを交代しながら繰り返し行なう。この成膜処理において、サセプタ２０１は、ヒーター２０４によって、例えば５００℃以上の温度まで加熱される。この場合、ウエハＷとサセプタ２０１との間にはプリコート膜５０が介在しないため、ウエハＷは直接サセプタ２０１から熱伝達を受けることが可能であり、また、ウエハＷとプリコート膜５０との接触も生じないので、温度低下や金属汚染の問題はほとんど生じない。
【０００７】
処理済みのウエハＷと未処理のウエハＷとの交換は、ウエハＷをサセプタ２０１から離間させた状態で行なう。図３（ｂ）に示すように、サセプタ２０１には、複数のウエハ支持ピン２０３が突没可能に設けられており、このウエハ支持ピン２０３を上昇させることによって、その先端部がウエハＷの下面に当接しつつ、ウエハＷを押し上げる。
【０００８】
ここで、サセプタ２０１のウエハ載置面には、プリコート膜５０が形成された領域と、ダミーウエハＷｄが載置されていたためプリコート膜５０が形成されていない領域（ウエハ載置領域２０１ａ）とが存在する。従って、加熱状態のサセプタ２０１において、これら二つの領域間の熱輻射率に著しい差異が生じることになる。すなわち、図３（ｂ）中に矢印で示すように、プリコート膜５０が形成されたサセプタ表面の熱輻射率はεｔと小さい一方で、ウエハＷを離間させることによって露出したウエハ載置領域２０１ａの熱輻射率はεｓと大きくなる。
【０００９】
その結果、サセプタ２０１の面内温度の均一性が損なわれ、熱応力により歪みが生じたり、最悪の場合にはサセプタ２０１の破損に至るという問題がある。特に、ウエハサイズが２００ｍｍから３００ｍｍへと大型化していることに伴い、円板状のサセプタ２０１の厚さに対する直径の比率が大きくなる傾向があるため、サセプタ２０１の破損がいっそう起こりやすくなっている。
【００１０】
以上のことから、本発明は、サセプタの面内温度の均一性を確保してその破損を防止するとともに、ウエハ温度の低下や金属汚染を生じさせない基板処理装置、基板載置台および基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、
被処理基板に対して処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置する基板載置台と、
前記基板載置台を加熱する加熱手段と、
被処理基板を、前記基板載置面に当接した載置状態と前記基板載置面から離間した離間状態に変位させる基板支持体と、
前記基板載置面に当接した状態と離間した状態とに変位可能に設けられており、当接した状態では、前記基板載置面における被処理基板載置領域の周囲を覆うカバー部材と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置が提供される。
【００１２】
以上の基板処理装置においてはカバー部材を配備することにより、基板載置面へのプリコート膜の形成を防止できるので、プリコート処理後に基板を離間させた場合でも、基板載置台の熱輻射率を均一にすることができる。
【００１３】
また、前記カバー部材は、被処理基板が前記基板載置面に当接した載置状態では、前記基板載置台に当接しており、被処理基板が前記基板載置台から離間した離間状態では、前記基板載置台から離間することが好ましい。このように被処理基板に合わせてカバー部材を当接、離間させることによって、プリコート処理後においても基板載置台の熱的均一性を保つことができる。
【００１４】
また、前記カバー部材は、共通の変位機構によって、被処理基板と連動して変位することが好ましい。このように、一つの変位機構で被処理基板とカバー部材を連動させることによって、装置構成を簡略なものとすることができる。
【００１５】
さらに、前記カバー部材は、被処理基板に対応する大きさの開口部を有するリング状の部材であることが好ましい。リング形状とすることにより、単一のカバー部材で基板載置領域以外の基板載置面を覆うことができる。
【００１６】
また、前記カバー部材の外径寸法は、前記基板載置台の外径寸法よりも大きいことが好ましい。これにより、被処理基板の基板載置面を確実に覆うことができる。
【００１７】
また、本発明の第２の観点によれば、処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置し、加熱手段により加熱する基板載置台であって、
被処理基板を、前記基板載置面に当接した載置状態と前記基板載置面から離間した離間状態に変位させる基板支持体と、
前記基板載置面に当接した状態と離間した状態とに変位可能に設けられており、当接した状態では、前記基板載置面における被処理基板載置領域の周囲を覆うカバー部材と、
を備えたことを特徴とする、基板載置台が提供される。
【００１８】
また、本発明の第３の観点によれば、上記基板処理装置を用いて被処理基板を処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。
【００１９】
上記基板処理方法において、前記基板載置台にダミー基板を載置した状態でプリコート処理を行なった後、前記ダミー基板に換えて被処理基板を載置して処理を行なうことが好ましい。また、被処理基板に対する処理は、成膜処理であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板載置台の基板載置面における被処理基板載置領域の周囲を覆うとともに、基板と連動して基板載置台に当接または離間するカバー部材を備えたことにより、プリコート処理後に基板を離間させた場合でも、基板載置台の熱輻射率を均一にすることが可能である。従って、基板の搬出入を繰り返しても、熱応力によって基板載置台が歪んだり、破損したりすることがなく、耐久性の高い基板処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１および図２を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、ＴｉＮの成膜に適したＣＶＤ成膜装置を示す断面図であり、図２は、基板載置台としてのサセプタ２を拡大して示す模式図である。この成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状の処理容器であるチャンバー１を有している。チャンバー１には、被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプタ２のウエハ載置面には、ウエハWを載置するウエハ載置領域２ａ（図２参照）の周囲を覆うように、カバーリング４が配備されている。このカバーリング４については後述する。
【００２２】
また、サセプタ２には加熱手段としてのヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、サセプタ２はセラミックス、例えばＡｌＮによって構成される。また、加熱手段としては、抵抗体によるヒーター５に限らず、例えば加熱用ランプを用いることもできる。
【００２３】
チャンバー１の天壁１ａには、絶縁部材９を介してシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、上段ブロック体１０ａ、中段ブロック体１０ｂ、下段ブロック体１０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体１０ｃにはガスを吐出する吐出孔１７および１８が交互に形成されている。上段ブロック体１０ａの上面には、第１のガス導入口１１と、第２のガス導入口１２とが形成されている。上段ブロック体１０ａの中では、第１のガス導入口１１から多数のガス通路１３が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１５が形成されており、上記ガス通路１３が水平に延びる連通路１３ａを介してこれらガス通路１５に連通している。さらにこのガス通路１５が下段ブロック体１０ｃの吐出孔１７に連通している。
【００２４】
また、上段ブロック体１０ａの中では、第２のガス導入口１２から多数のガス通路１４が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１６が形成されており、上記ガス通路１４がこれらガス通路１６に連通している。さらにこのガス通路１６が中段ブロック体１０ｂ内に水平に延びる連通路１６ａに接続されており、この連通路１６ａが下段ブロック体１０ｃの多数の吐出孔１８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口１１，１２は、ガス供給機構２０からのガスラインに接続されている。
【００２５】
ガス供給機構２０は、第１のガス供給源２１と第２のガス供給源２２とに接続されており、第１のガス供給源２１は、例えば、クリーニングガスであるＣｌＦ３ガスを供給するＣｌＦ３ガス供給源、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源、Ｎ２ガスを供給するＮ２ガス供給源を有している、また第２のガス供給源２２は、例えば、前記とは別のＮ２ガス供給源、ＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源を有している。
【００２６】
シャワーヘッド１０には、整合器３３を介して高周波電源３４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源３４からシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。通常はこの高周波電源３４は必要ないが、成膜反応の反応性を高めたい場合には、高周波電源３４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバー１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜することも可能である。
【００２７】
チャンバー１の底壁１ｂの中央部には円形の穴３５が形成されており、底壁１ｂにはこの穴３５を覆うように下方に向けて突出する排気室３６が設けられている。排気室３６の側面には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００２８】
サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるため、３本（２本のみ図示）の基板支持体としてのウエハ支持ピン３９がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン３９は連結板４０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン３９は、エアシリンダ等の駆動機構４１により連結板４０を介して昇降される。
【００２９】
カバーリング４は、外形がリング状に形成された平板であり、ウエハ周囲のサセプタ表面に当接し、覆うように配備されている。カバーリング４は、ウエハＷに略対応する大きさの開口部を有するとともに、サセプタ２よりも大きな直径を有しており、サセプタ２のウエハ載置面におけるウエハ載置領域２ａ以外の領域をほぼカバーできるように構成されている。これにより、プリコート処理の際にサセプタ２のウエハ載置面の被覆を確実に防止するとともに、サセプタ２の周囲に突出したカバーリング４の下面を、押し上げピン７により押し上げる構成を採用できる。つまり、押し上げピン７によるカバーリング４の変位を、ウエハ支持ピン３９の変位と同調させやすくするとともに、機構そのものを簡易なものにできる。このカバーリング４の材質は、耐熱性を有するものであればよく、例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などを好適に用いることができるが、サセプタ２と同様にＡｌＮなどの熱伝導性に優れた材質により形成することも可能である。
【００３０】
連結板４０には、ウエハ支持ピン３９と並列的に３本（２本のみ図示）の押し上げピン７が固定されている。各押し上げピン７は、駆動機構４１によってサセプタ２を囲むように昇降変位可能に配置されている。サセプタ２にウエハＷを載置した状態では、押し上げピン７の先端はサセプタ２のウエハ載置面よりも低位にあるが、駆動機構４１により支持ピン３９を上昇させてウエハＷをサセプタ２のウエハ載置面から離間させた状態では、押し上げピン７の先端がウエハ載置面よりも高位になってカバーリング４を押し上げる。このように、ウエハ支持ピン３９と押し上げピン７とを連結板４０で連結することによって、単一の駆動機構４１によって昇降変位させることが可能になる。しかも、制御手段を要せずにウエハＷの変位とカバーリング４の変位を連動させることができるので、別々の駆動機構を設ける場合に比べて装置構成を簡略化することができる。
【００３１】
チャンバー１の側壁には、搬送室（図示せず）との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４２と、この搬入出口４２を開閉するゲートバルブ４３とが設けられている。
【００３２】
次に、このような成膜装置１００によりＴｉＮ膜を成膜する際の成膜方法について説明する。なお、チャンバー１内はクリーニング処理されており、サセプタ２は不要な膜が全て除去された状態になっている。
成膜にあたっては、まずサセプタ２のプリコート処理を行なう。排気装置３８によりチャンバー１内を真空引きしておき、ゲートバルブ４３を開にして、真空状態のウエハ搬送室（図示せず）からダミーウエハＷｄをチャンバー１内へ搬入する。次に、ウエハ支持ピン３９をサセプタ２の表面から突出させた状態にし、ダミーウエハＷｄをウエハ支持ピン３９上に載せる。次いで、ウエハ支持ピン３９を降下させて、ダミーウエハＷｄをサセプタ２上に載置する。
【００３３】
この状態で、チャンバー１を密閉し、成膜用ガスとして、例えばＴｉＣｌ４、ＮＨ３、キャリアガスとしてＮ２を、それぞれシャワーヘッド１０から所定の流量でチャンバー１内に導入する。このとき、ヒーター５によりサセプタ２を、例えば、５００〜７００℃程度に加熱維持する。この熱ＣＶＤ操作によって、サセプタ２の表面には、図２（ａ）に示すように、ＴｉＮ膜が堆積して薄いプリコート膜５０が形成される。このプリコート処理の条件は、ウエハサイズが８インチの場合は、例えば、ＴｉＣｌ４ガスの流量が３０〜５０ｍＬ／ｍｉｎ程度、ＮＨ３ガスの流量が４００ｍＬ／ｍｉｎ程度、Ｎ２ガスが５００ｍＬ／ｍｉｎ程度であり、圧力は４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）程度、温度は６８０℃程度である。
【００３４】
以上のようにして、厚さが例えば１μｍ程度のプリコート膜５０を形成することによりプリコート処理が終了する。カバーリング４を有する本発明の基板処理装置１００の場合、ダミーウエハＷｄの表面とカバーリング４の表面にプリコート膜５０が形成されるため、サセプタ２のウエハ載置面には直接プリコート膜５０は堆積していない。この状態でのサセプタ２からの熱輻射率はεｔとなって、図２（ａ）中に矢印で示すように略均一である。
【００３５】
プリコート膜５０を形成した後は、チャンバー１内のダミーウエハＷｄをウエハＷに置き換えて通常の成膜処理を行なう。例えば複数のウエハＷを連続処理する場合は、１枚ずつ順次チャンバー１内に搬入し、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとを用いてＴｉＮ膜を成膜すればよい。
【００３６】
ダミーウエハＷｄの代わりにサセプタ２にウエハＷを載置する際、あるいは、ウエハＷの処理が終了し次のウエハＷとの交換を行なう際には、図２（ｂ）に示すように、ウエハ支持ピン３９を上昇させてウエハＷをサセプタ２から離間した離間状態にする。
【００３７】
本実施形態では、サセプタ２は、ヒーター５によって、例えば５００℃以上の温度に加熱されているが、カバーリング４によって直接サセプタ２のウエハ載置面へのプリコート膜５０の形成を防止することにより、図３に示す従来技術のような輻射率の相違は生じない。すなわち、図２（ｂ）に示すとおり、ウエハＷとカバーリング４を離間させた場合のサセプタ２の熱輻射率はεｓとなって、略均一であるため、サセプタ２への熱応力が限界値を超えて大きくなることはなく、破損が防止される。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではプリコート処理を行なう成膜装置を例に挙げたが、本発明のカバー部材は、成膜装置以外の基板処理装置においても、サセプタ２の熱的均一性を確保する観点で適用することができる。
【００３９】
また、図１では、連結板４０にウエハ支持ピン３９と押し上げピン７を設けて、駆動機構４１により連動して昇降変位させるように構成したが、押し上げピン７をウエハ支持ピン３９とは別の駆動機構により駆動させるようにしてもよい。この場合、カバーリング４の変位は、ウエハＷと同様の上下の昇降に限らず、例えばカバーリングが分割して水平方向へスライドするような駆動機構にしてもよい。
【００４０】
さらに、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等の他のものであってもよく、また、基板上に他の層を形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を示す断面図。
【図２】カバープレートの作用を説明する図面であり、（ａ）ダミーウエハを載置したサセプタにプリコートを施した状態を示し、（ｂ）はウエハを上昇させてサセプタから離間させた状態を示す模式図。
【図３】従来のサセプタを示す図面であり、（ａ）ダミーウエハを載置したサセプタにプリコートを施した状態を示し、（ｂ）はウエハを上昇させてサセプタから離間させた状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００４２】
１；チャンバー
２；サセプタ
４；カバーリング
５；ヒーター
７；押し上げピン
１０；シャワーヘッド
２０；ガス供給機構
３９；ウエハ支持ピン
４０；連結板
４１；駆動機構
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
2006083406.tif 000003
【図２】
2006083406.tif 000004
【図３】
2006083406.tif 000005